CN103941730A - 基于Andriod系统的遥控摄像小车 - Google Patents

Abstract

目前，随着通信和智能手机的发展，越来越多的应用在智能手机和日常生活中广泛应用，本发明涉及一种基于Andriod系统的遥控摄像小车，利用手机的Andriod系统可以遥控小车进行前进、后退、转向、摄像、数据采集、信息回传等动作。发明的遥控摄像小车的核心控制部分主要由Andriod手机端控制程序、Wi-Fi模块与USART、指令处理与电机驱动、摄像头与SPI通信等几大部分，在人类无法到达与探测的地方，都可以依靠遥控摄像小车来勘测。

Description

基于Andriod系统的遥控摄像小车

技术领域

本发明涉及一种基于Andriod系统的遥控摄像小车，尤其是指一种利用手机的Andriod系统可以遥控小车进行前进、后退、转向、摄像等动作，属于自动控制-人机交互领域。

背景技术

目前，随着发展的通信和智能手机，越来越多的应用在智能手机和日常生活中广泛应用。现在发展和应用的谷歌手机，苹果的操作系统IOS，微软winphone和塞班系统又深刻影响着人们的生活。Android是一个Linux移动设备如智能手机和平板电脑上的操作系统。Android有一个大型社区应用程序的开发者(“软件”)，扩展功能的装置。开发人员编写主要在定制的模板中。应用程序可以从第三方网站或通过网上商店下载。电影中小鬼使用的摄像遥控车SpyVideo Car。其把采用无线连接的摄像头安置在了可以进行遥控操作的玩具汽车里。遥控小车不单会应用于电影，而且对人类的大部分活动产生影响。在人类无法到达的与探测的地方，都可以依靠遥控摄像小车来勘测。比如考古学，深入狭小的洞穴或者充满病毒的金字塔；或者海底打捞沉船，探索凶猛的海底未知生物；更或者监控某些图谋不轨的不法分子……这些都是遥控摄像小车可以发挥其作用的地方。

更重要的是，越来越多的自然灾害造成的移动定位设备需要救援和救济。我们希望利用远程控制摄像头可以代替手工搜索提高救援的效率。

发明内容

本发明提出了一种基于Andriod系统的遥控摄像小车，具体介绍了以下几个方面内容：

1、Andriod遥控摄像小车的器材与步骤；

2、Andriod手机端控制程序；

3、Wi-Fi模块与USART；

4、指令处理与电机驱动；

5、摄像头与SPI通信。

附图说明

图1手机端控制流程图

图2Andriod手机端控制程序界面

图3Wi-Fi模块接口定义图

具体实施方式

一、发明设计制作的器材与设备

1.1Android遥控摄像小车器材与步骤的介绍

从小车底盘着手，先将摄像模块固定在车辆的底盘。然后，无线模块应该加入到汽车和相机之间，所有的命令和数据将通过它。最后，单片机作为大脑控制所有系统和控制汽车以及相机拍照。

1.1.1Rover5底盘

底盘拥有2个7.2V直流减速电机并带着2条橡胶履带，由于电机封装在底盘内，所以电机的型号我们没有考证。

1.1.2Wi-Fi模块

我们选用的是汉枫科技的HF-A11X Wi-Fi模块。HF-A11X---嵌入式WIFI模组产品特点支持802.11b/g/n无线标准支持TCP/IP/UDP网络协议栈支持UART/GPIO/以太网数据通讯接口支持无线工作在STA/AP模式支持路由/桥接模式网络构架可选内置板载或者外置天线支持透明/协议数据传输模式。

1.1.3Atmel Sam3N4

开发板带有48mhz微核心，256字节闪存，24存储器，16字节只读存储器以及4通道16位脉宽调制，并且拥有32位实时定时器，2USART，3个SPI。

1.1.4STL298

STL298的工作电源电压高达46V，总直流电流高达4A，低饱和电压，过热保护，并且逻辑“0”输入电压可达1.5V。L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。

1.1.5锂电池

锂电池的容量1000mAh，它能输出的电压为7.4V，并且其放电倍率为25C。

二、Android手机端控制程序

2.1手机端控制流程图

如图1。

2.2手机重力感应处理机制

1)手机平放时x轴返回0

2)前端翘起时返回负值

3)后端翘起时返回正值

2.3Android手机端控制程序界面

如图2。

三、Wi-Fi模块与USART

3.1Wi-Fi模块的功能介绍

Wi-Fi模块式用来建立小车跟手机之间联系的。Wi-Fi是一种常见的只能手机部件。功能范围约比蓝牙远100米左右。带宽可以大约1.5兆(802.11n)。首先我们将使无线模块在单片机的控制下工作。我们将用他在车跟电话之间建立一个连接。具体的协议将在下面指出。然后发出的指令将被发送到单片机，单片机控制的汽车运动。同时无线模块也发送视频到手机。

3.2Wi-Fi模块接口定义

如图3。

四、指令处理及电机驱动

4.1指令处理步骤

首先进入循环，第一步进行pbuffer的溢出中断，若是Yes验证指令开头两个字节是否为8049。若是8049，则进行CRC校验。若不是8049则等待20ms初始化USART，重新进入循环体系。CRC校验如果返回No，同样重新进入循环，若成功则将指令的奇数次赋予左轮，偶数次值赋给右轮，最后进行调整PWM的输出。结束后进行下一个循环。

4.2常量定义

/^**Pio pins to configure.^*/

static uint8_t duty0＝200；

static uint8_t duty1＝200；

/^**Pins to configure for the application.^*/

const Pin pins[]＝{

PIN_PWM_SPEED0，

PIN_PWM_SPEED1，

PIN_USART0_RXD，

PIN_USART0_TXD，

PIN_DIRA1，

PIN_DIRA2，

PIN_DIRB1，

PIN_DIRB2，

PIN_LED，

PIN_WIFI_LINK，

PIN_WIFI_RDY，

PIN_WIFI_RST

//PIN_WIFI_RLD，

}；

volatile bool dataIn＝false；

volatile bool change0＝true；

/^**Receive buffer.^*/

uint8_tpBuffer[BUFFER_SIZE]；

/^**Current bytes i

n buffer^*/

uint32t sizeBuffer＝BUFFER_SIZE；

/^**Current read buffer.^*/

uint8_trBuffer＝0；

/^**Current write buffer.^*/

uint8_twBuffer＝0；

uint32_t time_stamp＝0；

volatile bool Run＝0；

volatile bool updown；

uint32_tdelay；

volatile bool rstwifi＝false；

4.3与Wi-Fi模块通信的USART口的接受中断，当接受缓存溢出时产生中断无线通信模块的串行通信端口接受中断，当接收缓冲区溢出产生中断指示另一传输速度的4倍0F8049开始，如果没有，需要从它的左、右开始初始化，而不是一开始可以初始化。

4.3.1Pbuffer缓存中断

警报数据指令已经开始，或部分下指令启动来了。

4.3.2等20毫秒的初始化urast

指示另一传输速度的4倍0F8049开始，如果没有，需要从它的左、右始初始化，而不是从一开始可以初始化。

4.3.3CRC16检查

头部左车轮速度指令、右前轮速度指令的CRC16循环冗余校验码(循环冗余校验)，是数据通信领域中最常用的错误检查代码，其特征是在信息领域和校验和字段长度可任意选择。

4.3.4调整左，右轮接受脉宽调制

脉冲宽度调制(脉宽调制)，是英文“脉冲宽度调制”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出的模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用于测量，对应的功率控制和变化，在许多地区。随着电子技术的发展，出现了多种技术，包括：相位电压控制脉宽调制，脉冲宽度调制方式，调制方法，随机脉宽调制，电压控制脉宽调制，而在镍氢电池智能充电器使用脉冲宽度调制方法，这是每一个脉冲宽度相等的脉冲列为脉宽调制波形，通过改变脉冲的周期可以调频，改变脉冲宽度或周期可以调整压力，采用适当的控制方法可使电压和频率协调变化。通过调整脉宽调制周期的占空比，达到控制充电电流。

采样控制理论有一个重要的结论：脉冲相同和不同形状的窄脉冲添加到惯性环节，其效果基本上是same.pwm控制技术的理论基础的结论的半导体开关器件，和开关控制，使输出端得到一系列的平等幅度和脉冲宽度不相等，用脉冲代替正弦波或其他波形。按照一定的规则对每个脉冲宽度调制，可以改变输出电压，也可改变输出频率。基本原则，控制已经存在，但由电力电子器件发展水平的制约，在上个世纪80年代前一直未能实现。直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展的技术，脉宽调制控制得到真正的应用。随着电力电子技术，微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论和方法，如现代控制理论，非线性系统的控制理论的应用，脉宽调制控制技术获得了前所未有的发展。

脉冲宽度调制(脉宽调制)是一个模拟信号电平的数字编码方法。通过使用高分辨率计数器，方波的占空比调制是用于某个特定级别的模拟信号编码。脉宽调制信号，因为在任何给定的时刻，满幅值的直流供电或完全(上)，或没有(下)。电压或电流源是通过(上)或关闭(关闭)的重复脉冲序列被添加到负载仿真。时间是直流供电被加到负载时间，休息是断电。如果有足够的带宽，任何模拟值可以用编码调制。

大多数的负载(无论是感性负载或电容性负载)需要一个调制频率高，调制频率为200kHz。许多微控制器内部包含脉宽调制控制器。

五、摄像头及SPI通信

5.1摄像头参数

型号：OV2640

颜色模式：YUV或RGB

像素：200万

支持1600x1200到40x30大小的各种尺寸

最大帧率15fps SXGA

5.2摄像头原理

通过光学系统将影像聚焦在成像元件CCD/CMOS上，通过A/D转换器将每个像素上光电信号转变成数码信号，再经DSP处理成数码图像，存储到存储介质当中。

光线从镜头进入相机，CCD进行滤色、感光(光电转化)，按照一定的排列方式将拍摄物体“分解”成了一个一个的像素点，这些像素点以模拟图像信号的形式转移到“模数转换器”上，转换成数字信号，传送到图像处理器上，处理成真正的图像，之后压缩存储到存储介质中。

5.3摄像头数据处理

设置成Mono模式

5.4摄像头的成像过程

每个成像点由一个光电二极管其控制的一个邻近电荷存储区组成，成像点为X-Y纵横矩阵排列。光电二极管把光线(光量子)转换为电荷(电子)，聚集的电子数量与光线的强度是成正比。每行的电荷信息被连续读出，再通过电荷/电压转换器和放大器传感。在读取这些电荷的时候，各行的数据被移动到垂直电荷传输方向的缓存器中。这种构造产生的图像具有低噪音、高性能的优点。但是生产CCD需采用时钟信号、偏压技术，因此整个构造复杂，增大了耗电量，也增加了成本。

如数字逻辑电路、时钟驱动器以及模/数转换器等，CMOS传感器周围的电子器件，可在同一加工程序中得以集成。CMOS传感器的构造就像一个存储器，每一个成像点包含一个光电二极管、一个电荷/电压转换单元、一个重新设置和选择晶体管，及一个放大器，它可以通过简单的X-Y寻址技术读取信号，覆盖在整个传感器上的是金属互连器(计时应用和读取信号)以及纵向排列的输出信号互连器。

5.5SPI通信的定义

SPI：高速同步串行口。3～4线接口，收发独立、可同步进行。

SPI，顾名思义是串行外围设备接口，是英文Serial Peripheral interface的缩写。一开始是Motorola在其MC68HCXX系列处理器上下的定义。SPI接口主要应用在EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器的，还有数字信号处理器和数字信号解码器当中。SPI，是一种高速的，全双工的，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上仅仅占用四根线，很大程度上节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，为了提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如AT91RM9200。

SPI它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息，总线系统是一种同步串行外设接口。外围设置FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等等。SPI总线系统可以直接跟许多厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用4条线：串行时钟线(SCK)、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOST和低电平有效的从机选择线SS(有的SPI接口芯片带有中断信号线INT或INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI)。

随着社会的发展和人类科技的进步，越来越多的人工智能产物出现，本发明所设计的Android遥控摄像小车具有操作简单，利用手机可以控制小车的前进、转向、摄像、采集、信息回传等功能，在现实生活中具有一定的实用意义。

Claims (4)

1.一种基于Andriod系统的遥控摄像小车由小车底座、Andriod手机控制端、Wi-Fi无线通信、摄像头采集数据、智能控制等五部分组成。

2.根据权利要求1所述的基于Andriod系统的遥控摄像小车，其特征在于手机无线控制小车的动作。

3.根据权利要求1所述的基于Andriod系统的遥控摄像小车，其特征在于小车采集到的图像数据可通过Wi-Fi模块传回到手机。

4.根据权利要求1所述的基于Andriod系统的遥控摄像小车，其特征在于利用手机上的控制界面来控制小车的前进、后退、转向、摄像、数据回传等动作。